心脏显微镜检查 || 光遗传学工具在心脏兴奋-收缩偶联显微镜检查中的应用

摘要： 显微镜在17世纪随着首批自制显微镜应用于生物样本而成为科学研究方法[1,2]。不久后，染色样本以观察特定（细胞及亚细胞）结构的方法开始流行[3]。这些基于吸收或荧光的染料在特异性方面存在局限，且常对细胞有毒性，因而研究仅能限于短时程或死亡样本。1987年，研究者提出利用25年前发现的荧光蛋白[4]——特别是来自维多利亚多管发光水母的绿色荧光蛋白（GFP）来标记细胞及细胞结构[5]。随着GFP的测序与克隆，一场"绿色革命"由此开启，促使荧光蛋白作为标记物或传感器（详见下文）在生理学、微生物学、药理学、分子生物学、解剖学、细胞生物学、生物物理学等众多生物医学领域的研究中得到常规应用。尽管荧光蛋白的表达及其光学检测已可视为光遗传学工具，但该术语直到利用蛋白质的光学特性操控细胞时才被正式采用。此类蛋白最著名的代表是光控离子通道——通道视紫红质[6,7]。当这种离子通道在膜上表达并被适当波长光照时，通道将被激活开放，导致离子被动跨膜转运并改变膜电位。不过在本章中，我们将观测与操控这两方面都视为光遗传学工具。要使用光遗传学工具，需将这些蛋白的基因转入细胞以实现蛋白表达。关于向靶细胞递送基因的概述，参见[8]。